Виртуальный инжиниринг

Моделирование процесса пропитки стекловолоконных лент

CompMechLab поставила задачу перед инженерами компании ООО "ПЛМ Урал" промоделировать процесс пропитки стекловолоконной ленты шириной 15 мм и длиной 100 мм. В качестве технологии была выбрана вакуумная инфузия, находящая все большее применение в современной промышленности.

Пропитываемый материал представляет собой стекловолоконную ленту, по периметру которой располагается материал с повышенной проницаемостью (обозначим его как Flow Media). Правый торец изделия определен как место подачи связующего, а через левый производится отвод смолы. В торцевых и боковых зонах находится так называемая Flow Media - среда течения, более высокая проницаемость, которой в данном случае обусловлена наличием воздушных пустот между волокнами и вакуумной пленкой.

Моделирование процесса вакуумной инфузии проводилось в пакете PAM-RTM. Для запуска на расчет задавали следующие исходные данные:

  • Вязкость связующего.
  • Проницаемость и сжимаемость материалов.
  • Толщину изделия.
  • Пористость материалов.
  • Величину избыточного давления действующего на систему.
  • Величины давления на границах подачи и отвода связующего

В ходе процесса моделирования под действием внешнего давления изменяется значение проницаемости и сжимаемость материалов в каждом направлении. С помощью специальных инструментов, имеющихся в пакете PAM-RTM необходимые параметры были заданы в виде функциональных зависимостей. Так, например, проницаемость материалов в направлениях утка и основы описывается параболической функцией, а в третьем направлении изменяется линейно.

Начальная толщина материала равна 2.2 мм, пористость составляет 50%, перепад давления между входом и выходом 0,1 атм.

Толщина ткани, указанная в граничных условиях используется как начальная толщина без приложения давления. В дальнейшем PAM-RTM рассчитывает фактическую толщину ткани в зависимости от кривой сжимаемости и оказываемого давления.

В результате проведенного расчета были получены эпюры распространения связующего, распределение давления в изделии, количество поданной смолы и величину потерь, время пропитки составило 23 минуты.

Также было проведено сравнение моделирования с натурным экспериментом. Эксперимент состоял в пропитке четырех образцов стекловолоконной ленты. В ходе его проведения фиксировалось время процесса и визуально при помощи шкалы определялся фронт пропитки и его продвижение.

Моделирование показало очень близкие результаты к натурному эксперименту, как по форме фронта пропитки так и по времени распространения связующего.

Таким образом сравнение расчета и реального процесса позволило сделать вывод о применимости программного обеспечения для решения задач инфузинной пропитки, и моделирование в дальнейшем может применяться специалистам компании CompMechLab вместо проверочных экспериментов при разработке технологии пропитки более сложных и многослойных деталей из стекловолоконной ленты.